(57)【要約】【課題】量産が容易でホール素子のオフセット電圧が小さく正確な磁界の検出が可能な磁気センサを提供する。【解決手段】段差の大きな斜面１６ａ上にホール素子であるエレメント２１を形成する際に、斜めイオン注入法を用い、斜面１６ａに対して平行か又は鋭角の角度β゜を成すように斜め方向から、基板１２全面にＮ形不純物イオンを注入する。すると、パターニングしたフォトレジスト膜３４だけでなく斜面１６ａについてもイオン注入用マスクとして機能し、斜面１６ａにはＮ形不純物イオンが注入されず、底面１５および各斜面１６ｂ〜１６ｄにＮ形不純物イオンが注入され、高濃度Ｎ形不純物領域１８，２０が形成される。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面が凹形または凸型に削り取られて形成された凹部または凸部と、
その凹部または凸部の斜面に形成された第１ホール素子と、
前記凹部または凸部に隣接する半導体基板の表面における平坦部分に形成された第２ホール素子と
を備えたことを特徴とする磁気センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気センサにおいて、
半導体基板の表面に前記凹部または凸部が形成されることにより、前記第１ホール素子と第２ホール素子とには位相差が設けられていることを特徴とする磁気センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の磁気センサの製造方法であって、
半導体基板の表面を凹形または凸型に削り取って凹部または凸部を形成する第１工程と、
イオン注入法を用い、前記凹部または凸部および前記平坦部の全面に不純物イオンを注入することにより、低濃度の不純物領域を形成する第２工程と、
斜めイオン注入法を用い、前記凹部または凸部の所定斜面に対して平行か又は鋭角を成すように斜め方向から、前記凹部または凸部と前記平坦部の所定箇所とに不純物イオンを注入することにより、前記所定斜面をイオン注入用マスクとして機能させ、前記所定斜面には不純物イオンを注入させず、セルフアラインで高濃度の不純物領域を形成して第１ホール素子および第２ホール素子を同時に作成する第３工程と
を備えたことを特徴とする磁気センサの製造方法。
【請求項４】
半導体基板の表面が凹形または凸型に削り取られて形成された凹部または凸部と、その凹部または凸部の斜面に形成された複数のホール素子とを備えた磁気センサの製造方法であって、
半導体基板の表面を凹形または凸型に削り取って凹部または凸部を形成する第１工程と、
イオン注入法を用い、前記凹部または凸部および前記平坦部の全面に不純物イオンを注入することにより、低濃度の不純物領域を形成する第２工程と、
収束イオン注入法を用い、前記凹部または凸部の所定部分に不純物イオンを注入することにより、前記凹部または凸部の所定斜面には不純物イオンを注入させず、前記所定部分だけに高濃度の不純物領域を形成して複数のホール素子を同時に作成する第３工程と
を備えたことを特徴とする磁気センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気センサおよび磁気センサの製造方法に係り、詳しくは、半導体基板上に形成されたホール素子を用いる磁気センサと、その磁気センサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体基板の表面に斜面を有するＶ型の溝が形成され、当該斜面上に磁気検出素子が形成され、その磁気検出素子としてホール型素子（ホール素子）を用いる磁気センサ（磁界検出装置）が開示されている。
【０００３】
この特許文献１に開示された磁気センサの製造方法は、非特許文献１に開示されている。非特許文献１によれば、まず、半導体基板（ウェハ）に斜面を有するＶ型の溝を形成し、次に、当該斜面を含む半導体基板全面に電子線（ＥＢ：Electron Beam）用フォトレジスト膜（ＥＢレジスト膜）を形成する。続いて、電子線リソグラフィ（ＥＢリソグラフィ）技術を用い、半導体基板全面に電子線を照射して露光させる操作を４段階に電子線の焦点を変えて行い、前記斜面上のＥＢフォトレジスト膜をパターニングしてイオン注入用マスクを形成する。そして、前記イオン注入用マスクを用いて前記斜面の所望の箇所にＮ形不純物イオンを注入することにより、前記斜面上にホール素子を形成する。
【特許文献１】特開平４−３０２４０６号公報（第２〜４頁、図４、図５）
【非特許文献１】S.Kawahito, S.O.Choi, M.Ishida and T.Nakamura：“  MOS Hall Elements With Three-Dimensional Microstructure", IEEE The 7th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators TRANSDUCERS `93, pp.892-895, Fig.3, 1993.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている磁気センサは、ホール素子を段差の大きな（１００μｍ程度）斜面上に形成するため、非特許文献１に開示されているように、焦点深度が深く焦点範囲の広いＥＢリソグラフィ技術を用い、半導体基板全面に電子線を照射して露光させる操作を４段階に電子線の焦点を変えて行い、前記斜面上のフォトレジスト膜をパターニングしてイオン注入用マスクを作成している。
【０００５】
ところで、ＥＢリソグラフィ技術には高価な専用設備が必要である。また、ＥＢリソグラフィ技術を用いた場合、複数段階（４段階）に焦点を変えて電子線を照射することからスループットが悪く、１時間当たり数枚の半導体基板しか処理することができず、量産に向いていない。
【０００６】
そして、電子線を照射する際に用いられるフォトマスクのアライメントにズレが生じると、フォトレジスト膜のパターニングにもズレが生じ、その結果、Ｎ形不純物のイオン注入領域にもズレが生じる。このＮ形不純物のイオン注入領域のズレが大きくなると、前記斜面上に形成したホール素子のオフセット電圧が増大する。このオフセット電圧は、ホール素子の出力信号を処理する信号処理回路によって補正可能であるが、オフセット電圧が大きくなり過ぎると信号処理回路による補正は困難になり、磁界の正確な検出ができなくなる。尚、前記オフセット電圧とは、磁場が印加されていないときに発生するホール素子の出力電圧である。
【０００７】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであって、以下の目的を有するものである。
【０００８】
（１）広範囲で磁束の方向（ベクトル磁界）を検出可能な磁気センサを提供する。
【０００９】
（２）量産が容易でホール素子のオフセット電圧が小さく正確な磁界の検出が可能な磁気センサを提供する。
【００１０】
（３）上記（１）（２）の磁気センサの簡単な製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（請求項１：第１〜第４実施形態に該当）請求項１に記載の発明は、半導体基板の表面が凹形または凸型に削り取られて形成された凹部または凸部と、その凹部または凸部の斜面に形成された第１ホール素子と、前記凹部または凸部に隣接する半導体基板の表面における平坦部分に形成された第２ホール素子とを備えた磁気センサを技術的特徴とする。
【００１２】
（請求項２：第１〜第４実施形態に該当）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の磁気センサにおいて、半導体基板の表面に前記凹部または凸部が形成されることにより、前記第１ホール素子と第２ホール素子とには位相差が設けられていることを技術的特徴とする。
【００１３】
（請求項３：第１〜第４実施形態に該当）請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の磁気センサの製造方法であって、半導体基板の表面を凹形または凸型に削り取って凹部または凸部を形成する第１工程と、イオン注入法を用い、前記凹部または凸部および前記平坦部の全面に不純物イオンを注入することにより、低濃度の不純物領域を形成する第２工程と、斜めイオン注入法を用い、前記凹部または凸部の所定斜面に対して平行か又は鋭角を成すように斜め方向から、前記凹部または凸部と前記平坦部の所定箇所とに不純物イオンを注入することにより、前記所定斜面をイオン注入用マスクとして機能させ、前記所定斜面には不純物イオンを注入させず、セルフアラインで高濃度の不純物領域を形成して第１ホール素子および第２ホール素子を同時に作成する第３工程とを備えたことを技術的特徴とする。
【００１４】
（請求項４：第５，第６実施形態に該当）請求項４に記載の発明は、半導体基板の表面が凹形または凸型に削り取られて形成された凹部または凸部と、その凹部または凸部の斜面に形成された複数のホール素子とを備えた磁気センサの製造方法であって、半導体基板の表面を凹形または凸型に削り取って凹部または凸部を形成する第１工程と、イオン注入法を用い、前記凹部または凸部および前記平坦部の全面に不純物イオンを注入することにより、低濃度の不純物領域を形成する第２工程と、収束イオン注入法を用い、前記凹部または凸部の所定部分に不純物イオンを注入することにより、前記凹部または凸部の所定斜面には不純物イオンを注入させず、前記所定部分だけに高濃度の不純物領域を形成して複数のホール素子を同時に作成する第３工程とを備えたことを技術的特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載の発明では、半導体基板の表面の凹部または凸部と平坦部分とにそれぞれホール素子を形成している。そのため、半導体基板を磁場中においた場合、各ホール素子に印加される磁束の角度が異なり、各ホール素子から出力されるホール電圧の位相も異なったものになり、各ホール電圧を組み合わせて演算処理を行うことにより、３６０゜の広範囲で磁束の方向（ベクトル磁界）を検出することができる。そして、温度変化に対する各ホール電圧（出力電圧）のズレ分をキャンセルさせることが可能であるため、温度変化に関係なく高精度に磁束の方向を検出することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明では、第１ホール素子と第２ホール素子とに位相差が設けられているため、第１ホール素子から発生される信号と第２ホール素子から発生される信号とが異なり、同一の半導体基板上で２つの異なる信号を得ることができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明では、非特許文献１のように高価でスループットが悪いＥＢリソグラフィ技術を用いないため、請求項１または請求項２に記載の磁気センサを容易に量産することができる。また、請求項３に記載の発明では第３工程にて斜めイオン注入法を用いて高濃度不純物領域をセルフアラインで形成するため、非特許文献１のようなフォトマスクのアライメントのズレに起因してホール素子のオフセット電圧が増大することがなく、磁気センサのオフセット電圧を小さくすることが可能になるため正確な磁界を検出できる。そして、斜めイオン注入法はＥＢリソグラフィ技術のように高価で特殊な装置を必要とせず、従来から広く行われているイオン注入方法の一種であるため、請求項３に記載の発明によれば請求項１または請求項２に記載の磁気センサを簡単に製造することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明では、半導体基板の表面の凹部または凸部に複数のホール素子を形成している。そのため、半導体基板を磁場中においた場合、各ホール素子に印加される磁束の角度が異なり、各ホール素子から出力されるホール電圧の位相も異なったものになり、各ホール電圧を組み合わせて演算処理を行うことにより、３６０゜の広範囲で磁束の方向（ベクトル磁界）を検出することができる。そして、温度変化に対する各ホール電圧（出力電圧）のズレ分をキャンセルさせることが可能であるため、温度変化に関係なく高精度に磁束の方向を検出することができる。また、請求項４に記載の発明では、非特許文献１のように高価でスループットが悪いＥＢリソグラフィ技術を用いないため、磁気センサを容易に量産することができる。また、請求項４に記載の発明では第３工程にて収束イオン注入法を用いるため、非特許文献１のようなフォトマスクのアライメントのズレに起因してホール素子のオフセット電圧が増大することがなく、磁気センサのオフセット電圧を小さくすることが可能になるため正確な磁界を検出できる。
【００１９】
（用語の説明）
尚、上述した［特許請求の範囲］および［課題を解決するための手段・作用および発明の効果］に記載した構成要素と、後述する［発明の実施の形態］に記載した構成部材との対応関係は以下のようになっている。
【００２０】
「半導体基板」は、単結晶シリコン基板１２に該当する。「第１ホール素子」は、エレメント２１，８３，９３に該当する。「第２ホール素子」は、エレメント２２，８４，９４に該当する。
【００２１】
請求項３の「所定斜面」は、第１〜第４実施形態の斜面１６ａに該当する。請求項３の「平坦部の所定箇所」は、第１〜第４実施形態の高濃度Ｎ形不純物領域２０になる箇所に該当する。
【００２２】
請求項４の「所定部分」は、第５実施形態の底面１５および各斜面１６ｂ，１６ｄ、第６実施形態の底面１５および各斜面１６ｃ，１６ｄに該当する。請求項４の「所定斜面」は、第５実施形態の各斜面１６ａ，１６ｃ、第６実施形態の各斜面１６ａ，１６ｂに該当する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を具体化した各実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、各実施形態において、同一構成部材については符号を等しくしてある。また、各実施形態において、第１実施形態と同一内容の箇所については説明を省略してある。
【００２４】
（第１実施形態）図１（Ａ）は、第１実施形態の磁気センサ１１の構造を説明するための概略平面図である。図１（Ｂ）は、第１実施形態の磁気センサ１１の構造を説明するための概略断面図であり、図１（Ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【００２５】
Ｐ形不純物がドープされた単結晶シリコン基板（ウェハ）１２上には、基板１２表面が凹形に削り取られて形成された部分である凹部（キャビティ部）１３と、基板１２の平坦な表面部分である平坦部（平面部）１４とが隣接して形成されている。凹部１３は、四角錐の先端部が切り取られた形状の逆形状を成しており、基板１２表面と平行な四角形状の底面１５と、その底面１５の外周四辺と基板１２表面とを接続する４つの台形状の斜面１６ａ〜１６ｄとから形成されている。
【００２６】
つまり、各斜面１６ａ〜１６ｄと基板１２表面とはそれぞれ鋭角の角度α゜を成し、基板１２表面から深くなるにつれて凹部１３の横断面積が減少するように形成されている。尚、基板１２表面から底面１５までの深さ（つまり、凹部１３による基板１２表面の段差）は、７０〜１００μｍである。
【００２７】
斜面１６ａの表面部分には、低濃度のＮ形不純物領域（Ｎ-）１７が形成されている。残りの３つの斜面１６ｂ〜１６ｄおよび底面１５の表面部分には、高濃度のＮ形不純物領域（Ｎ+）１８が形成されている。
【００２８】
低濃度Ｎ形不純物領域（拡散層）１７は斜面１６ａと接続される基板１２表面にも延出され、その基板１２表面に延出された低濃度Ｎ形不純物領域１７には、後述する電極形成に用いられる高濃度のＮ形不純物領域Ｖｈ１，Ｉｂ１，Ｖｈ１’が形成されている。各領域Ｖｈ１，Ｉｂ１，Ｖｈ１’は、斜面１６ａの台形状の下底に沿って形成され、当該下底の両端部分に各領域Ｖｈ１，Ｖｈ１’が形成され、当該下底の中央部分に領域Ｉｂ１が形成されている。
【００２９】
高濃度Ｎ形不純物領域１８は斜面１６ｂと接続される基板１２表面にも延出され、その基板１２表面に延出された高濃度Ｎ形不純物領域１８には、後述する電極形成に用いられる領域Ｉｂ１’が形成されている。領域Ｉｂ１’は、斜面１６ｂの台形状の下底の中央部分に形成されている。つまり、各領域Ｉｂ１，Ｉｂ１’は、凹部１３を２分割して横断する線上に配置されている。
【００３０】
平坦部１４は、低濃度のＮ形不純物領域１９および高濃度のＮ形不純物領域２０から形成されている。低濃度Ｎ形不純物領域１９の寸法形状は斜面１６ａと同一である。低濃度Ｎ形不純物領域１９の台形状の上底を除く三辺に隣接して、帯状を成す高濃度Ｎ形不純物領域２０が形成されている。
【００３１】
低濃度Ｎ形不純物領域１９の台形状の上底の中央部分に隣接する高濃度Ｎ形不純物領域２０には突出部分が形成され、その突出部分には、後述する電極形成に用いられる領域Ｉｂ２’が形成されている。
【００３２】
低濃度Ｎ形不純物領域１９の台形状の下底に沿って、後述する電極形成に用いられる高濃度のＮ形不純物領域Ｖｈ２，Ｉｂ２，Ｖｈ２’が形成され、当該下底の両端部分に各領域Ｖｈ２，Ｖｈ２’が形成され、当該下底の中央部分に領域Ｉｂ２が形成されている。つまり、各領域Ｉｂ２，Ｉｂ２’は、平坦部１４を２分割して横断する線上に配置されている。
【００３３】
そして、凹部１３に形成された各領域１７，１８と、基板１２表面に形成された各領域Ｖｈ１，Ｉｂ１，Ｖｈ１’，Ｉｂ１’とにより、ホール素子であるエレメント２１が構成されている。また、平坦部１４に形成された各領域１９，２０，Ｖｈ２，Ｉｂ２，Ｖｈ２’，Ｉｂ２’により、ホール素子であるエレメント２２が構成されている。
【００３４】
つまり、各エレメント２１，２２は基板１２上に隣接して形成され、各領域Ｉｂ１，Ｉｂ１’，Ｉｂ２，Ｉｂ２’は直線上に配置されている。尚、凹部１３および平坦部１４を除く基板１２表面と、高濃度Ｎ形不純物領域１８の下側に基板１２には、低濃度のＰ形不純物領域（Ｐ-）２３が形成されている。
【００３５】
［ホール素子の動作］ホール素子は、ホール効果により起電力を発生させる素子である。ホール効果とは、磁束に直交するように置かれた導体中にキャリアの流れがある場合、磁束とキャリアの流れの両方に直交する方向に起電力が流れる効果である。
【００３６】
図２は、ホール素子の動作を説明するための説明図である。直方体状の導体Ｍ（長さ：Ｌ、幅：Ｗ、厚さ：ｄ）の長さ方向両端Ｉ，Ｉ’間に電流ｉを流し、大きさＢの磁場（磁界）の磁束を導体Ｍの上下面に対して垂直方向に印加すると、幅方向両端Ｖ，Ｖ’間にホール効果による電圧（ホール電圧）ＶHの起電力が生じる。その電圧ＶHは、数式（１）に示すように、ホール係数ＲH、電流ｉ、磁場の大きさＢによって求められる。
【００３７】
ＶH＝ＲH（ｉ・Ｂ／ｄ）    ………数式（１）。
【００３８】
［第１実施形態の動作］次に、図１を用いて第１実施形態の動作について説明する。
【００３９】
まず、大きさＢの磁場（磁界）の磁束を、基板１２表面に対して垂直方向に印加する。そして、磁場を印加した状態で、エレメント２１において、各領域Ｉｂ１，Ｉｂ１’間に電圧を印加して領域Ｉｂ１から領域Ｉｂ１’へ電流を流すと、各領域Ｖｈ１，Ｖｈ１’間にホール効果による電圧（ホール電圧）ＶH１の起電力が生じる。
【００４０】
同様に、磁場を印加した状態で、エレメント２２において、各領域Ｉｂ２，Ｉｂ２’間に電圧を印加して領域Ｉｂ２から領域Ｉｂ２’へ電流を流すと、各領域Ｖｈ２，Ｖｈ２’間にホール効果による電圧ＶH２の起電力が生じる。
【００４１】
このとき、平坦部１４には９０゜で磁束が印加されるのに対して、斜面１６ａには角度θ（＝９０゜−α゜）で磁束が印加されるため、各電圧ＶH１，ＶH２の位相は異なったものになる。よって、信号処理回路（図示略）にて各電圧ＶH１，ＶH２を組み合わせた演算処理を行うことにより、３６０゜の広範囲で磁束の方向（ベクトル磁界）を検出することができる。
【００４２】
つまり、ホール素子である各エレメント２１，２２に位相差が設けられているため、エレメント２１から発生される信号（電圧ＶH１）とエレメント２２から発生される信号（電圧ＶH２）とが異なり、同一の基板１２上で２つの異なる信号（電圧ＶH１，ＶH２）を得ることができる。
【００４３】
それに対して、図２に示すホール素子では、１８０゜の狭い範囲でしか磁束の方向を検出することができない。
【００４４】
ところで、平坦部１４を含む基板１２表面の面方位を（１００）とすれば、各斜面１６ａ〜１６ｄの面方位は（１１１）となる。また、平坦部１４を含む基板１２表面の面方位を（１１１）とすれば、各斜面１６ａ〜１６ｄの面方位は（１００）となる。
【００４５】
半導体中におけるキャリアの移動度は面方位によって違った値になる。その移動度の違いにより、低濃度Ｎ形不純物領域１９と斜面１６ａ（低濃度Ｎ形不純物領域１７）の寸法形状を同一にして面積を等しくすると、同じ大きさの磁場の磁束を、平坦部１４に対して垂直方向に印加した場合の電圧ＶH１ａと、斜面１６ａに対して垂直方向に印加した場合の電圧ＶH２ａとが異なる値になる場合が予想される。このような場合には、各領域１７，１９の相対的な面積変化に伴う各電圧ＶH１ａ，ＶH２ａの変化を調べる実験を行い、カット・アンド・トライにより前記移動度の違いによる各電圧ＶH１ａ，ＶH２ａの差を無くすように、各領域１７，１９の相対的な面積を調整すればよい。
【００４６】
または、（１００）面上に形成したホール素子と（１１１）面上に形成したホール素子とのそれぞれに対して、前記信号処理回路における演算処理にて、前記移動度の違いによる各電圧ＶH１ａ，ＶH２ａの差を無くすような補正を行ってもよい。
【００４７】
尚、各領域１７〜２０をＮ形不純物領域とするのは、Ｐ形不純物に比べてＮ形不純物の方が高いホール電圧ＶH１，ＶH２を得られるためである。
【００４８】
［第１実施形態の製造方法］次に、基板１２の断面図である図３〜図５を用いて第１実施形態の磁気センサ１１の製造方法について順次説明する。
【００４９】
工程１（図３（Ａ）参照）：Ｐ形不純物がドープされた単結晶シリコン基板１２の全面に熱酸化法を用いて薄いシリコン酸化膜３１を形成し、次に、シリコン酸化膜３１上にシリコン窒化膜３２を形成する。そして、シリコン窒化膜３２上にフォトレジスト膜（図示略）を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いて当該フォトレジスト膜をパターニングしてエッチング用マスクを形成し、そのエッチング用マスクを用いてシリコン窒化膜３２をエッチング除去し、シリコン窒化膜３２に開口部３２ａを形成する。尚、シリコン酸化膜３１を形成するのは、シリコン窒化膜３２の形成時に基板１２表面を保護するためである。
【００５０】
工程２（図３（Ｂ）参照）：シリコン窒化膜３２をエッチング用マスクとし、水酸化カリウムなどを用いたウェットエッチング法により、開口部３２ａから露出したシリコン酸化膜３１および基板１２を等方性エッチングし、基板１２を削り取って凹部１３を形成する。その後、シリコン窒化膜３２およびシリコン酸化膜３１を除去する。
【００５１】
工程３（図４（Ａ）参照）：凹部１３を含む基板１２全面にフォトレジスト膜３３を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いてフォトレジスト膜３３をパターニングすることにより、凹部１３および平坦部１４を除く箇所のフォトレジスト膜３３だけを残す。
【００５２】
そして、斜めイオン注入法を用い、斜面１６ａに対して平行か又は鋭角の角度β゜を成すように斜め方向から、基板１２全面にＰ形不純物イオンを注入する。すると、残したフォトレジスト膜３３だけでなく斜面１６ａについてもイオン注入用マスクとして機能し、斜面１６ａにはＰ形不純物イオンが注入されず、底面１５および各斜面１６ｂ〜１６ｄにＰ形不純物イオンが注入されると共に、凹部１３および平坦部１４を除く基板１２表面にＰ形不純物イオンが注入され、低濃度Ｐ形不純物領域２３が形成される。その後、フォトレジスト膜３３を除去する。
【００５３】
このとき、注入するＰ形不純物イオンのドーズ量を低く設定することにより、Ｐ形不純物領域２３を低濃度にする。尚、このＰ形不純物イオンの注入により、基板１２上に他の半導体素子を形成するのに用いられるＰ形ウェル（図示略）も同時に作成する。
【００５４】
工程４（図４（Ｂ）参照）：通常のイオン注入法を用い、低濃度Ｐ形不純物領域２３を含む基板１２表面に対して垂直方向から、基板１２全面にＮ形不純物イオンを注入することにより、低濃度Ｎ形不純物領域１７，１９を形成する。このとき、注入するＮ形不純物イオンのドーズ量を、工程３で注入したＰ形不純物イオンのドーズ量よりも少なく設定することにより、低濃度Ｐ形不純物領域２３が反転しないようにする。
【００５５】
工程５（図５（Ａ）参照）：凹部１３を含む基板１２全面にフォトレジスト膜３４を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いてフォトレジスト膜３４をパターニングすることにより、凹部１３および各領域２０，Ｖｈ１，Ｉｂ１，Ｖｈ１’，Ｉｂ１’，Ｖｈ２，Ｉｂ２，Ｖｈ２’，Ｉｂ２’になる部分を除く箇所のフォトレジスト膜３４だけを残す。
【００５６】
そして、斜めイオン注入法を用い、斜面１６ａに対して平行か又は鋭角の角度β゜を成すように斜め方向から、基板１２全面にＮ形不純物イオンを注入する。すると、残したフォトレジスト膜３４だけでなく斜面１６ａについてもイオン注入用マスクとして機能し、斜面１６ａにはＮ形不純物イオンが注入されず、底面１５および各斜面１６ｂ〜１６ｄと各領域２０，Ｖｈ１，Ｉｂ１，Ｖｈ１’，Ｉｂ１’，Ｖｈ２，Ｉｂ２，Ｖｈ２’，Ｉｂ２’になる部分とにＮ形不純物イオンが注入され、高濃度Ｎ形不純物領域１８，２０，Ｖｈ１，Ｉｂ１，Ｖｈ１’，Ｉｂ１’，Ｖｈ２，Ｉｂ２，Ｖｈ２’，Ｉｂ２’が形成される。その後、フォトレジスト膜３４を除去する。
【００５７】
このとき、注入するＮ形不純物イオンのドーズ量を高く設定することにより、Ｎ形不純物領域１８，２０，Ｖｈ１，Ｉｂ１，Ｖｈ１’，Ｉｂ１’，Ｖｈ２，Ｉｂ２，Ｖｈ２’，Ｉｂ２’を高濃度にする。
【００５８】
工程６（図５（Ｂ）参照）：凹部１３を含む基板１２全面に絶縁膜３５を形成し、次に、絶縁膜３５にコンタクトホールを形成し、続いて、当該コンタクトホール内および絶縁膜３５全面に導電膜を形成し、その導電膜をパターニングすることにより各領域Ｖｈ１，Ｉｂ１，Ｖｈ１’，Ｉｂ１’，Ｖｈ２，Ｉｂ２，Ｖｈ２’，Ｉｂ２’と電気的に接続された電極３６を形成する。
【００５９】
ところで、高濃度Ｎ形不純物領域Ｖｈ１，Ｉｂ１，Ｖｈ１’，Ｉｂ１’，Ｖｈ２，Ｉｂ２，Ｖｈ２’，Ｉｂ２’を形成するのは、電極３６と各領域１７〜２０との電気的接続を良好にするためである。ちなみに、絶縁膜３５には、どのような絶縁材料（例えば、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧなど）を用いてもよい。また、電極３６となる導電膜には、どのような導電材料（例えば、アルミニウム合金などの金属、ポリシリコンなど）を用いてもよい。尚、絶縁膜３５および電極３６は、磁気センサ１１の動作に直接関係しないため、図１では省略してある。
【００６０】
［第１実施形態の作用・効果］以上詳述した第１実施形態では、単結晶シリコン基板１２上の凹部１３と平坦部１４とにそれぞれ、ホール素子であるエレメント２１，２２を形成している。そのため、基板１２を磁場中においた場合、各エレメント２１，２２に印加される磁束の角度が異なり、各エレメント２１，２２から出力されるホール電圧（出力電圧）ＶH１，ＶH２の位相も異なったものになる。よって、信号処理回路にて各電圧ＶH１，ＶH２を組み合わせた演算処理を行うことにより、３６０゜の広範囲で磁束の方向（ベクトル磁界）を検出することができる。
【００６１】
そして、第１実施形態によれば、温度変化に対する各ホール電圧（出力電圧）ＶH１，ＶH２のズレ分をキャンセルさせることが可能であるため、温度変化に関係なく高精度に磁束の方向を検出することができる。
【００６２】
また、第１実施形態では、段差の大きな斜面１６ａ上にホール素子であるエレメント２１を形成する際に、工程５にて、斜めイオン注入法を用い、斜面１６ａに対して平行か又は鋭角の角度β゜を成すように斜め方向から、基板１２全面にＮ形不純物イオンを注入する（図５（Ａ））。これにより、パターニングしたフォトレジスト膜３４だけでなく斜面１６ａについてもイオン注入用マスクとして機能し、斜面１６ａにはＮ形不純物イオンが注入されず、底面１５および各斜面１６ｂ〜１６ｄにＮ形不純物イオンが注入され、高濃度Ｎ形不純物領域１８，２０が形成される。
【００６３】
従って、前記した非特許文献１のように高価でスループットが悪いＥＢリソグラフィ技術を用いないため、第１実施形態によれば磁気センサ１１を容易に量産することができる。
【００６４】
そして、第１実施形態では、工程５にて底面１５および各斜面１６ｂ〜１６ｄにＮ形不純物イオンを注入する際に、斜めイオン注入法を用い、斜面１６ａに対して平行か又は鋭角の角度β゜を成すように斜め方向から、基板１２全面にイオン注入を行う。そのため、パターニングしたフォトレジスト膜３４だけでなく斜面１６ａについてもイオン注入用マスクとして機能させることが可能になり、低濃度Ｎ形不純物領域１７にイオン注入を行うことなく、高濃度Ｎ形不純物領域１８をセルフアラインで形成することができる。
【００６５】
また、工程５におけるＮ形不純物イオンの注入により、高濃度Ｎ形不純物領域１８だけでなく高濃度Ｎ形不純物領域２０も形成されるため、各エレメント２１，２２を同時に作成できる。
【００６６】
従って、第１実施形態によれば、前記した非特許文献１のようなフォトマスクのアライメントのズレに起因してホール素子のオフセット電圧が増大することがなく、磁気センサ１１のオフセット電圧を小さくすることが可能になるため正確な磁界を検出できる。磁気センサ１１のオフセット電圧とは、磁場が印加されていないときに発生する各エレメント２１，２２のホール電圧ＶH１，ＶH２である。
【００６７】
さらに、斜めイオン注入法はＥＢリソグラフィ技術のように高価で特殊な装置を必要とせず、従来から広く行われているイオン注入方法の一種であるため、第１実施形態によれば磁気センサ１１を簡単に製造することができる。
【００６８】
（第２実施形態）図６は、第２実施形態の磁気センサ５１の構造を説明するための概略断面図である。第２実施形態の磁気センサ５１において、第１実施形態の磁気センサ１１と異なるのは、低濃度Ｐ形不純物領域２３を省いた点だけである。つまり、磁気センサ５１の平面図は、磁気センサ１１の平面図である図１と同じである。このように、低濃度Ｐ形不純物領域２３を省いても、各エレメント２１，２２のホール素子としての動作は変わらないため、第２実施形態においても第１実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００６９】
（第３実施形態）図７は、第３実施形態の磁気センサ６１の構造を説明するための概略断面図である。第３実施形態の磁気センサ６１において、第１実施形態の磁気センサ１１と異なるのは、ホール素子であるエレメント２１が凸部６２に形成されている点だけである。つまり、磁気センサ６１の平面図は、磁気センサ１１の平面図である図１と同じである。
【００７０】
図７に示すように、基板１２上には、基板１２表面が凸形に削り取られて形成された部分である凸部６２と、平坦部１４とが隣接して形成されている。凸部６２は、四角錐の先端部が切り取られた形状を成しており、基板１２表面と平行な四角形状の上面（図１に示す底面１５に該当）と、その上面の外周四辺と基板１２表面とを接続する４つの台形状の斜面（図１に示す斜面１６ａ〜１６ｄに該当）とから形成されている。尚、基板１２表面から上面までの高さ（つまり、凸部６２による基板１２表面の段差）は、７０〜１００μｍである。
【００７１】
このように、エレメント２１を凸部６２に形成してもそのホール素子としての動作は変わらないため、第３実施形態においても第１実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００７２】
（第４実施形態）図８（Ａ）は、第４実施形態の磁気センサ７１の構造を説明するための概略平面図である。図８（Ｂ）は、第４実施形態の磁気センサ７１の構造を説明するための概略断面図であり、図８（Ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【００７３】
第４実施形態の磁気センサ７１において、第１実施形態の磁気センサ１１と異なるのは、ホール素子であるエレメント２１が凹部７２に形成されている点だけである。基板１２上には、基板１２表面が断面Ｖ字形に削り取られて形成された部分である凹部７２と、平坦部１４とが隣接して形成されている。凹部７２は、２つの台形状の斜面１６ａ，１６ｃと２つの三角形状の斜面７３ａ，７３ｂとから形成されており、第１実施形態の凹部１３から底面１５を取り除いた形状を成している。
【００７４】
このように、エレメント２１を凹部７２に形成してもそのホール素子としての動作は変わらないため、第４実施形態においても第１実施形態と同様の作用・効果が得られる。加えて、第４実施形態によれば、凹部７２が第１実施形態の凹部１３から底面１５を取り除いた形状を成しているため、底面１５の分だけ基板１２表面におけるエレメント２１の占有面積を少なくすることが可能になり、小型な磁気センサが得られる。
【００７５】
（第５実施形態）図９は、第５実施形態の磁気センサ８１の構造を説明するための概略平面図である。第５実施形態の磁気センサ８１において、第１実施形態の磁気センサ１１と異なるのは、ホール素子である各エレメント８３，８４が凹部１３に形成されている点である。
【００７６】
斜面１６ａの表面部分には低濃度Ｎ形不純物領域１７が形成され、斜面１６ｃの表面部分には低濃度Ｎ形不純物領域８２が形成され、残りの２つの斜面１６ｂ，１６ｄおよび底面１５の表面部分には高濃度Ｎ形不純物領域１８が形成されている。
【００７７】
低濃度Ｎ形不純物領域８２は斜面１６ｃと接続される基板１２表面にも延出され、その基板１２表面に延出された低濃度Ｎ形不純物領域８２には、電極形成に用いられる高濃度Ｎ形不純物領域Ｖｈ２，Ｉｂ２，Ｖｈ２’が形成されている。各領域Ｖｈ２，Ｉｂ２，Ｖｈ２’は、斜面１６ｃの台形状の下底に沿って形成され、当該下底の両端部分に各領域Ｖｈ２，Ｖｈ２’が形成され、当該下底の中央部分に領域Ｉｂ２が形成されている。
【００７８】
高濃度Ｎ形不純物領域１８は斜面１６ｄと接続される基板１２表面にも延出され、その基板１２表面に延出された高濃度Ｎ形不純物領域１８には、電極形成に用いられる領域Ｉｂが形成されている。領域Ｉｂは、斜面１６ｃの台形状の下底の中央部分に形成されている。
【００７９】
そして、凹部１３に形成された各領域１７，１８と、基板１２表面に形成された各領域Ｖｈ２，Ｉｂ２，Ｖｈ２’，Ｉｂとにより、ホール素子であるエレメント８３が構成されている。また、凹部１３に形成された各領域８２，１８と、基板１２表面に形成された各領域Ｖｈ２，Ｉｂ２，Ｖｈ２’，Ｉｂとにより、ホール素子であるエレメント８４が構成されている。
【００８０】
［第５実施形態の動作］次に、第５実施形態の磁気センサ８１の動作について説明する。
【００８１】
まず、大きさＢの磁場（磁界）の磁束を、基板１２表面に対して垂直方向に印加する。そして、磁場を印加した状態で、エレメント８３において、各領域Ｉｂ１，Ｉｂ間に電圧を印加して領域Ｉｂ１から領域Ｉｂへ電流を流すと、各領域Ｖｈ１，Ｖｈ１’間にホール効果による電圧（ホール電圧）ＶH１の起電力が生じる。
【００８２】
同様に、磁場を印加した状態で、エレメント８４において、各領域Ｉｂ２，Ｉｂ間に電圧を印加して領域Ｉｂ２から領域Ｉｂへ電流を流すと、各領域Ｖｈ２，Ｖｈ２’間にホール効果による電圧ＶH２の起電力が生じる。
【００８３】
このとき、低濃度Ｎ形不純物領域１７，８２が形成されている各斜面１６ａ，１６ｃは互いに斜めに対向しているため、各斜面１６ａ，１６ｃには異なる角度で磁束が印加され、各電圧ＶH１，ＶH２の位相は異なったものになる。よって、信号処理回路（図示略）にて各電圧ＶH１，ＶH２を組み合わせた演算処理を行うことにより、３６０゜の広範囲で磁束の方向（ベクトル磁界）を検出することができる。そして、温度変化に対する各ホール電圧（出力電圧）ＶH１，ＶH２のズレ分をキャンセルさせることが可能であるため、温度変化に関係なく高精度に磁束の方向を検出することができる。
【００８４】
［第５実施形態の製造方法］次に、第５実施形態の磁気センサ８１の製造方法について説明する。第５実施形態において、基板１２に凹部１３を形成する工程については、第１実施形態の工程１，２と同じである。また、第５実施形態において、低濃度Ｐ形不純物領域２３を形成する工程については、第１実施形態の工程３と同じである。そして、第５実施形態において、低濃度Ｎ形不純物領域１７，８２を形成する工程については、第１実施形態の工程４と同じである。
【００８５】
第５実施形態において、凹部１３の底面１５および各斜面１６ｂ，１６ｄに高濃度Ｎ形不純物領域１８を形成する工程では、フォトマスクを使用しない収束イオン注入法を用い、各斜面１６ａ，１６ｃにはＮ形不純物イオンを注入させず、底面１５および各斜面１６ｂ，１６ｄだけにＮ形不純物イオンを注入することにより、各エレメント８３，８４を同時に作成する。
【００８６】
［第５実施形態の作用・効果］以上詳述した第５実施形態によれば、前記した非特許文献１のように高価でスループットが悪いＥＢリソグラフィ技術を用いないため、磁気センサ８１を容易に量産することができる。また、第５実施形態によれば、前記した非特許文献１のようなフォトマスクのアライメントのズレに起因してホール素子のオフセット電圧が増大することがなく、磁気センサ８１のオフセット電圧を小さくすることが可能になるため正確な磁界を検出できる。
【００８７】
（第６実施形態）図１０は、第６実施形態の磁気センサ９１の構造を説明するための概略平面図である。第６実施形態の磁気センサ９１において、第５実施形態の磁気センサ８１と異なるのは、斜面１６ｂの表面部分に低濃度Ｎ形不純物領域９２が形成され、残りの２つの斜面１６ｃ，１６ｄおよび底面１５の表面部分には高濃度Ｎ形不純物領域１８が形成されている点だけである。
【００８８】
低濃度Ｎ形不純物領域９２は斜面１６ｂと接続される基板１２表面にも延出され、その基板１２表面に延出された低濃度Ｎ形不純物領域９２には、電極形成に用いられる高濃度Ｎ形不純物領域Ｖｈ２，Ｉｂ２，Ｖｈ２’が形成されている。各領域Ｖｈ２，Ｉｂ２，Ｖｈ２’は、斜面１６ｂの台形状の下底に沿って形成され、当該下底の両端部分に各領域Ｖｈ２，Ｖｈ２’が形成され、当該下底の中央部分に領域Ｉｂ２が形成されている。
【００８９】
つまり、第５実施形態の磁気センサ８１では低濃度Ｎ形不純物領域１７，８２を対向する各斜面１６ａ，１６ｃに形成しているのに対して、第６実施形態の磁気センサ９１では低濃度Ｎ形不純物領域１７，９２を対向する隣合う各斜面１６ａ，１６ｂに形成している。
【００９０】
そして、凹部１３に形成された各領域１７，１８と、基板１２表面に形成された各領域Ｖｈ２，Ｉｂ２，Ｖｈ２’，Ｉｂとにより、ホール素子であるエレメント９３が構成されている。また、凹部１３に形成された各領域９２，１８と、基板１２表面に形成された各領域Ｖｈ２，Ｉｂ２，Ｖｈ２’，Ｉｂとにより、ホール素子であるエレメント９４が構成されている。
【００９１】
第６実施形態の磁気センサ９１の動作および製造方法は、第５実施形態と同様である。従って、第６実施形態によれば、第５実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００９２】
［別の実施形態］ところで、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記各実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。
【００９３】
（１）第５実施形態および第６実施形態の凹部１３を、第３実施形態と同様の凸部６２に置き代え、ホール素子である各エレメント８３，８４，９３，９４を凸部６２に形成してもよい。
【００９４】
（２）第５実施形態および第６実施形態では、凹部１３に２つのエレメント８３，８４（９３，９４）を形成しているが、３つのエレメントを形成してもよい。
【００９５】
つまり、第５実施形態において、各斜面１６ａ，１６ｃに低濃度Ｎ形不純物領域を形成するだけでなく、各斜面１６ｂ，１６ｄのいずれかにも低濃度Ｎ形不純物領域を形成してもよい。また、第６実施形態において、各斜面１６ａ，１６ｂに低濃度Ｎ形不純物領域を形成するだけでなく、各斜面１６ｃ，１６ｄのいずれかにも低濃度Ｎ形不純物領域を形成してもよい。
【００９６】
このように、３つのエレメントを形成すれば、第１〜第４実施形態のように２つのエレメント２１，２２を形成した場合よりも更に広範囲で磁束の方向を検出できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】図１（Ａ）は、本発明を具体化した第１実施形態の磁気センサ１１の構造を説明するための概略平面図である。図１（Ｂ）は、第１実施形態の磁気センサ１１の構造を説明するための概略断面図であり、図１（Ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図２】図２は、ホール素子の動作を説明するための説明図である。
【図３】図３は、第１実施形態の磁気センサ１１の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図４】図４は、第１実施形態の磁気センサ１１の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図５】図５は、第１実施形態の磁気センサ１１の製造方法を説明するための概略断面図である。
【図６】図６は、本発明を具体化した第２実施形態の磁気センサ５１の構造を説明するための概略断面図である。
【図７】図７は、本発明を具体化した第３実施形態の磁気センサ６１の構造を説明するための概略断面図である。
【図８】図８（Ａ）は、本発明を具体化した第４実施形態の磁気センサ７１の構造を説明するための概略平面図である。図８（Ｂ）は、第４実施形態の磁気センサ７１の構造を説明するための概略断面図であり、図８（Ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図である。
【図９】図９は、本発明を具体化した第５実施形態の磁気センサ８１の構造を説明するための概略平面図である。
【図１０】図１０は、本発明を具体化した第６実施形態の磁気センサ９１の構造を説明するための概略平面図である。
【符号の説明】
【００９８】
１１，５１，６１，７１，８１，９１…磁気センサ
１２…単結晶シリコン基板
１３…凹部
１４…平坦部
１５…底面
１６ａ〜１６ｄ…斜面
１７，１９，８２，９２…低濃度のＮ形不純物領域
１８，２０…高濃度のＮ形不純物領域
２１，８３，９３…第１ホール素子であるエレメント
２２，８４，９４…第２ホール素子であるエレメント
６２…凸部
Ｖｈ１，Ｉｂ１，Ｖｈ１’，Ｉｂ１’，Ｖｈ２，Ｉｂ２，Ｖｈ２’，Ｉｂ２’，Ｉｂ…電極形成に用いられる高濃度のＮ形不純物領域
【図１】
2005129792.tif 000003
【図２】
2005129792.tif 000004
【図３】
2005129792.tif 000005
【図４】
2005129792.tif 000006
【図５】
2005129792.tif 000007
【図６】
2005129792.tif 000008
【図７】
2005129792.tif 000009
【図８】
2005129792.tif 000010
【図９】
2005129792.tif 000011
【図１０】
2005129792.tif 000012